管桩工法桩复合重力墙联合支护体系在基坑施工中的应用

高树海 方志新

摘要：深基坑支护工程虽属临时性工程，但其支护方案的可靠性及合理性对基坑工程的结果却相当重要，本文通过工程实例分析了管桩、工法桩复合重力墙联合支护体系的应用，提出了深基坑支护工程的控制重点及经验总结。

关键词：工法桩 复核重力墙 管桩 基坑支护 应用分析 施工控制 效果 经验

Abstract: the deep foundation pit bracing engineering project they are temporary, but the reliability of the supporting scheme of foundation pit engineering and rationality of the results is quite important, this paper analyzes the pipe pile through a practical project example, method pile composite gravity of combination support of the application of wall system, and put forward the deep foundation pit bracing engineering control key and experience.

Keywords: method to check the gravity wall pipe pile foundation pit supporting analysis is applied in the construction control effect experience

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：

目前，随着我国城市建设的快速发展，建筑在向高空发展的同时，地下空间也得到了充分利用，促使深基坑工程也越来越多，同时，对深基坑支护的设计与施工也提出了更高的要求。不同的基坑支护方案对基坑安全、施工进度，成本造价都会产生不同的结果，因此，工程有关各方对此应综合考虑，认真比较以确定最合理的基坑支护方案。

一、两种支护体系的比较

笔者施工的某工程地下部分为整体地下一层，平面形式为倒“L”型，底板埋深自然地坪下6.0米，地下建筑面积19800平米，场地距现有道路、建筑均较近。场地地层分布自上至下分别为人工填土层、粘土层、粉土层、粉质粘土层。根据本基坑的挖深及周边环境，确定基坑安全等级为二级，重要性系数取1.0。最初基坑支护设计采用工法桩、灌注桩支护加水泥搅拌桩止水帷幕的支护体系，西部采用SMW工法桩加内支撑的支护形式，工法桩顶设冠梁，将工法桩连成整体，同时作为内撑支点，工法桩兼做止水帷幕，内支撑设钢筋混凝土梁角撑及对撑，支撑梁下设格构柱及柱下灌注桩；北部东侧及南部东侧采用双排钻孔灌注桩的支护形式，桩顶均用冠梁连接，前后排桩间用连梁拉结，双排灌注桩间设双排搅拌桩止水帷幕；东侧因场地条件允许采用放坡开挖双排搅拌桩止水帷幕止水为通常做法，故本文不再赘述。

该项目基础施工工期仅为4个月时间，经多次施工方案论证，采用该支护体系施工周期至少需要5个月时间，远远不能满足工期要求，最终经方案比较，施工中大胆采用了管桩及工法桩复合重力墙的联合支护体系。由于新的支护体系完全省去了内支撑，从而完全节省了内支撑制作及拆除的时间，理论上不但可以节省工期而且减少了造价，提高了经济效益。

二、管桩、工法桩复合重力墙联合支护体系分析

1、工法桩复合重力墙的应用分析

SMW工法桩是一种劲性复合围护结构，结构抗渗性好，刚度大，不扰动邻近土体，可在粘性土、粉土、砂土、砂砾土、Φ100以上卵石及单轴抗压强度60MPa以下的岩层应用。目前对水泥土与型钢之间的粘结强度的研究还不充分。通常认为：水土侧压力全部由型钢单独承担；水泥土桩的作用在于抗渗止水。试验表明，水泥土对型钢的包裹作用提高了型钢的刚度，可起到减少位移的作用。

SMW工法桩由于水泥土强度较低，变形模量较小，且H型钢表面涂有减摩剂，因此在水泥土与型钢组合结构体中水泥土的强度很难发挥，设计中可忽略水泥土的刚度贡献，而将其作为安全储备。但是，水泥土对型钢的包裹能起到套箍作用，防止型钢失稳，使型钢强度得到充分的发挥。另外，水泥土还可起止水作用，并将承受型钢间由于土压力而产生的剪力，因而在工程中水泥土须具有一定强度和较好的抗渗性能。

本支护体系西部采用工法桩复合重力墙支护兼做止水帷幕，为双轴水泥搅拌桩横向共8排咬合布设（见图1-1剖面）。其中搅拌桩1：桩径700mm，桩顶位于场地地表下1.0m，有效桩长12.0米，组内、排间、组间咬合均为200mm；搅拌桩3：桩径700mm，桩顶位于场地地表下6.0m，有效桩长5.0米，组内、排间、组间咬合均为200mm。“搅拌桩1”里排及外排每组内插普通热轧20a型工字钢，型钢顶位于场地地表下0.8m，长12.0m，中心距1.0m。

“搅拌桩1”为4排，起基坑的支护作用，水泥采用P.S32.5，掺入比为15%，水灰比0.5~0.55，要求全程复搅复喷，桩顶设400mm厚钢筋混凝土盖板同桩宽，混凝土强度等级C30。 “搅拌桩3”为4排，作为复合重力墙，位于开挖基坑的坑底以下不开挖的土体中，起到对“搅拌桩1”的支顶作用，限制了“搅拌桩1”的侧移，使其不但充分发挥了支护止水的作用，而且有效解决了单纯工法桩不设内支撑的过大变形问题。

2、管桩的应用分析

PHC 管桩桩身混凝土强度较高（强度不得低于C80）， 再加上使用了高强度、低松弛率的预应力钢筋使桩身具有较高的有效预压力， 因此具有较大的抗弯和抗拉能力。但PHC 管桩为空心管形截面, 其抗弯刚度较实心桩要小, 故在水平荷载作用下易发生挠曲。采用其作为基坑支护桩时，在基坑开挖过程中, 支护桩侧土体将会发生位移，并对桩体施加侧向作用力，同时使桩产生挠曲和内力。桩周土体按移动情况可分为稳定层和不稳定层, 滑动面介于这2 层之间。根据土压力理论, 将不稳定土层中承受土体侧向位移的上部桩段称为“被动”部分；而稳定土层中的下部桩段受到上部桩段传来的荷载，这与桩头直接承受水平荷载的桩类似，称之为“主动”部分。在这一过程中, 桩周土可能达到极限状态并产生极限土压力。

基坑开挖后, 坑内土体卸除, 土体的侧向位移由Δ1和 Δ2两部分组成：Δ1 为原状土体侧向卸荷后产生的侧向变形；Δ2 为重塑区土体卸荷后产生的回弹变形。由于土体侧向变形量相对较大，不利于对管桩的变形控制，因此有必要采取措施以控制管桩的位移并减少桩身弯矩。

接上所述，本支护体系北部东侧及南部东侧采用具有一定抗弯、抗折强度的PHC预应力管桩为挡土排桩，在管桩外侧设置双轴双排水泥土搅拌桩止水帷幕的挡土支护形式（见图2-2剖面）。其中：支护管桩采用PHC500×100 AB型，桩顶位于场地地表下2.2m，有效桩长11.0m，桩中心距1.0m，桩顶设900×500钢筋混凝土冠梁，混凝土强度等级C30；搅拌桩2，桩径700mm，桩顶位于场地地表下1.0m，有效桩长9.0米，组内、组间咬合均为200mm，与“搅拌桩1”排间咬合200mm。

三、施工控制重点

1、水泥搅拌桩的控制重点

“搅拌桩1”及“搅拌桩2”须连续施工，相邻桩间间歇不得超过12小时，超过则应采取补桩或在后施工桩中增加水泥掺量20%～30%；但因施工机械及施工工艺所限，“搅拌桩1”与“搅拌桩3”之间的咬合在12小时的间隔时限内无法完成，但其并不影响整个体系的支护效果，因为间隔时限的要求是保证帷幕施工的连续性以达到止水效果，施工中只要保证起止水作用的“搅拌桩1”能够连续施工即可，“搅拌桩3”施工时只要能够与“搅拌桩1”紧密贴合以达到对“搅拌桩1”的Φ支撑作用即可。

2、型钢插入偏差控制

2.1．H型钢在插入过程中的平面位置和垂直度要用两台经纬仪采用前方直角交汇法控制，调整垂直度偏差在1%以内，再插入搅拌桩内，在沉放过程中还应及时纠偏。

2.2．型钢插入时间应控制在搅拌桩成桩后30min~60min 内插入，若水灰比或水泥掺量较大时，插入时间允许适当延长，但不能超过60min。

3、PHC管桩的控制重点

3.1．管桩采用单节管桩，静压施工，严禁接桩。

3.2．为防止管桩的挤土效应挤断水泥搅拌桩，管桩必须先于搅拌桩施工。

3.3．管桩施工时应控制沉桩顺序，采取引孔压桩、设应力释放孔等措施，以减小挤土效应对临桩及周边环境的影响。

四、支护效果评价及经验总结

本工程基坑开挖后，监测结果显示基坑开挖后支护桩和梁顶最大位移均在可控范围内，可见该联合支护体系对控制支护结构的变形效果明显，不但节省了1个月的计划工期而且取得了明显的经济效益。但施工过程也并非一帆风顺，以下几点在施工中尤应加以重视：

1、重视开挖顺序及垫层的作用。

由于施工场地狭窄，基坑开挖之初未能严格按照施工方案要求分层开挖，致使基坑西部边缘一侧一步开挖到位，3天内其中间区域桩顶最大累计位移已达47mm，远超设计给定的监测预警值25mm，此时立即组织进行了垫层的施工，随着垫层混凝土强度的逐渐提高，3天后位移已趋于稳定，并一直维持波动状态，未在继续发展。后续开挖工作严格按照分段分层开挖的原则施工，使基坑土应力逐渐释放，并且开挖一段浇筑一段垫层混凝土。从实际施工效果看，分段分层开挖可以明显减少桩顶的过快过大变形；同时通过对基坑监测数据的分析，垫层对支护结构的支撑作用还是显而易见的，因此开挖过程中必须注意垫层的及时浇筑。需要强调的是，为起到垫层的支撑作用，垫层浇筑前必须将支护桩壁上的土体清理干净，垫层浇筑时必须完全顶到桩壁上。

2、因该支护体系是工法桩复合重力墙与管桩两种支护形式组成的，其交接处

必然是变形与防渗的薄弱环节，这一点设计中必须给予充分考虑，当场地条件允许时，应使两种支护体的搭接处于基坑可能变形最小处。

3、根据场地土条件不同，管桩的挤土效应会有不同，该工程管桩压桩过程中地表土虽未出现大面积隆起，但土体内力仍波及到相邻道路，引起路面裂缝。鉴于此，在后续压桩施工中，采取在未施工管桩中心每隔3根桩预先钻Φ100mm圆孔释放压桩应力，实践效果不错。

4、进行基坑动态监测。

基坑监测的重点是周围环境的变化和基坑本身的动态变化，按施工进度跟踪进行监测，及时报出动态数据控制施工进度，当出现报警值时，应加密监测频率，调整施工进度及方案, 并采取有效措施以确保支护结构及邻近建筑物的安全。

五、结语

管桩、工法桩复合重力墙联合体支护方案与工法桩加内支撑、灌注桩支护方案比较，虽然存在一定的基坑变形风险，但只要准备充分、精心施工，基坑有序开挖，及时浇筑垫层混凝土，变形风险仍处于可控状态，但其经济效益却是相当明显的，是值得推广的有效支护体系。